預(yù)制梁場優(yōu)化內(nèi)部布局的研究及應(yīng)用探索

■鄒君俊

(福建省福泉高速公路有限公司，福州 350001)

1 傳統(tǒng)預(yù)制梁場存在的一些問題

1.1 預(yù)制梁場規(guī)模的問題

預(yù)制梁場代表一類典型的大型臨時設(shè)施。這類設(shè)施往往具有占地面積大(一般大于100畝)、建設(shè)成本高、臨時性等特點。場地面積大在滿足施工作業(yè)面的同時卻帶來許多不必要的損耗及資源浪費，如各功能區(qū)無法有序銜接、運輸路徑曲折、搬運次數(shù)量大、土地閑置等問題。雖然可用大型的龍門吊加以解決，但相對于零星的作業(yè)面卻有點“大材小用”。預(yù)制梁場的規(guī)劃建設(shè)直接影響到整個項目的工期和投資，建成后往往不能調(diào)整或只能少量調(diào)整，或者可以調(diào)整但花費巨大，而考慮到預(yù)制梁場的臨時性特征，這些巨大的花費是得不償失的，且過分的調(diào)整還會影響到整個項目的工期。

1.2 預(yù)制梁場臺座規(guī)模的問題

傳統(tǒng)布置的臺座量一般從定性的角度出發(fā)，同時結(jié)合工程施工人員多年的經(jīng)驗，以滿足工期為主要目標(biāo)對預(yù)制梁場進(jìn)行設(shè)計，在施工過程中因不可預(yù)見的人為或外在因素時有發(fā)生，從而導(dǎo)致整個工期內(nèi)的局部時間段生產(chǎn)不足，影響整個工期或生產(chǎn)過剩而增加庫存。

1.3 預(yù)制梁的養(yǎng)護問題

傳統(tǒng)的預(yù)制梁預(yù)制的過程中，混凝土構(gòu)件養(yǎng)護采用的是人工灑水，這一方法雖然非常經(jīng)濟、便捷，但現(xiàn)實中混凝土構(gòu)件尺寸并不統(tǒng)一，部分構(gòu)件尺寸偏大，會導(dǎo)致養(yǎng)護不到位的問題出現(xiàn)。其次，混凝土構(gòu)件的養(yǎng)護情況也會受到相關(guān)操作人員質(zhì)量意識不高或工作懈怠等主觀因素的影響，導(dǎo)致養(yǎng)護不徹底。近年來雖然陸陸續(xù)續(xù)提出并使用了養(yǎng)護劑養(yǎng)生、噴淋養(yǎng)生、養(yǎng)生棚蒸汽養(yǎng)生等方法，但都存在著一定的弊端，比如養(yǎng)護劑養(yǎng)生在夏季養(yǎng)生效果不佳，噴淋養(yǎng)生不宜在冬季實施，篷布蒸汽養(yǎng)護易受外加因素影響和對操作人員的質(zhì)量意識要求較高，如溫度控制不當(dāng)非常容易造成開裂等。

1.4 預(yù)制梁施工進(jìn)度的問題

依據(jù)生產(chǎn)過程的不同將預(yù)制梁分為普通預(yù)制梁、先張法預(yù)應(yīng)力預(yù)制梁與后張法預(yù)應(yīng)力預(yù)制梁。其中采用最多的是后張法預(yù)制梁。這幾種方法的生產(chǎn)過程中也有相同之處，本文對使用最為廣泛的后張法預(yù)應(yīng)力預(yù)制梁的生產(chǎn)工藝流程進(jìn)行簡單描述。后張法預(yù)應(yīng)力預(yù)制梁的生產(chǎn)工藝是：底模安裝→鋼筋綁扎→底板束預(yù)應(yīng)力管道安裝及定位→預(yù)埋件等安裝→內(nèi)模、外模安裝及調(diào)整→頂板鋼筋綁扎→砼澆注→砼養(yǎng)護、拆模→穿預(yù)應(yīng)力筋→張拉→孔道壓漿，封錨→梁體封端→成品梁靜置養(yǎng)護→調(diào)至存梁區(qū)。制梁周期因梁片的規(guī)格不同而變化，本文以較常用的30m箱梁為例，每榀箱梁預(yù)制占用臺座的時間如圖1所示。

由圖1可計算出，該梁場箱梁的制梁周期為297/24≈13天，其中制梁臺座占用等待時間為264/24≈11天，由此可看出臺座大部分處于等待的狀態(tài)。由于預(yù)制梁主要的質(zhì)量控制要求為：(1)混凝土強度應(yīng)符合設(shè)計要求，設(shè)計未要求時，不得低于強度設(shè)計值的75%，且應(yīng)將限制位移的模板拆除后，方可進(jìn)行張拉。(2)孔道內(nèi)的水泥漿強度達(dá)到設(shè)計要求后方可吊移預(yù)制構(gòu)件；設(shè)計未要求時，應(yīng)不低于砂漿設(shè)計強度的75%，不應(yīng)低于30MPa。根據(jù)以上分析，預(yù)制梁的進(jìn)度與質(zhì)量成為了不可調(diào)和的矛盾。

2 預(yù)制梁場優(yōu)化內(nèi)部布局的設(shè)想

2.1 優(yōu)化內(nèi)部布局概要

綜合以上傳統(tǒng)預(yù)制梁場的問題，可看出梁場占地面積與預(yù)制梁的臺座數(shù)量有著直接的聯(lián)系，減少了臺座數(shù)量勢必也減低了預(yù)制梁的施工進(jìn)度，如果想要加快施工進(jìn)度必然以犧牲質(zhì)量為代價。可想而知以犧牲質(zhì)量為代價換取來的施工進(jìn)度會得到一個怎樣的結(jié)果。因此本文對內(nèi)部布局進(jìn)行了優(yōu)化，以車間式制梁區(qū)為中心搭配可移動式臺座輔助進(jìn)行可持續(xù)性的預(yù)制施工，以蒸汽養(yǎng)護室為核心加快預(yù)制梁設(shè)備的周轉(zhuǎn)速度，從而形成工廠化式的流水線作業(yè)，在達(dá)到降低成本、減少不必要的損耗及資源浪費的同時，最大程度地提高預(yù)制梁生產(chǎn)進(jìn)度及質(zhì)量。預(yù)制梁的優(yōu)化內(nèi)部布局如圖2所示。

2.2 優(yōu)化內(nèi)部布局的特點

2.2.1 蒸汽養(yǎng)護室

由圖1看出，預(yù)制梁在預(yù)制過程中臺座大部分處于等待的狀態(tài)，使之成為無形中最大的浪費。據(jù)現(xiàn)有成熟理論可知，蒸汽養(yǎng)護能大大縮短混凝土的凝固時間，提高預(yù)制梁的凝固速度，使自然狀態(tài)下一周才能達(dá)到的強度，用一天的時間即可實現(xiàn)。這一方法大大提升了梁場生產(chǎn)線的流通速度，提高了梁場的施工效率。此次研究擬對篷布蒸汽養(yǎng)護進(jìn)行改良，采用活動板房搭建尺寸略大于預(yù)制梁片，內(nèi)部采用保溫性較好的材料進(jìn)行密封，避免了梁體在養(yǎng)護過程中產(chǎn)生的外界因素影響，既做到了充分利用空間，又從結(jié)構(gòu)上減少熱量散失，達(dá)到較好的養(yǎng)護效果。養(yǎng)護室外部放置著蒸汽發(fā)生器，同時控制養(yǎng)護室內(nèi)的溫度和濕度，蒸汽加溫的同時也加濕，確保梁體四周環(huán)境中的濕度和溫度，進(jìn)而達(dá)到高溫養(yǎng)護的標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)混凝土高效養(yǎng)護。

圖1 每榀箱梁預(yù)制占用臺座周期計算

圖2 預(yù)制梁場優(yōu)化內(nèi)部布局平面圖

2.2.2 移動式臺座

蒸汽養(yǎng)護室的優(yōu)勢是顯而易見的，想要發(fā)揮其優(yōu)勢就必須將預(yù)制梁移動至養(yǎng)護室進(jìn)行養(yǎng)護，顯然這是傳統(tǒng)固定式臺座是做不到的。因此本研究擬對固定臺座進(jìn)行改良：

(1)臺座方面，在原有預(yù)制梁底模下增加滑輪并根據(jù)成品預(yù)制梁的重力對預(yù)制梁底模和滑輪采取加強、加厚等措施，使其能達(dá)到承受成品預(yù)制梁的重力而不變形的剛度、強度、穩(wěn)定性，并在移動式臺座頭尾設(shè)置液壓制動裝置，防止在制梁的過程中受外力影響而滑動；

(2)軌道方面，在原有場地上鋪筑一層承重臺座，使預(yù)制梁在移動時不失穩(wěn)，同時避免遭受積水的影響；并在承重臺座上架設(shè)鐵軌，軌道連接各個工作區(qū)域從而實現(xiàn)工廠化的流水作業(yè)。

2.2.3 車間式制梁區(qū)

梁片預(yù)制過程中需要經(jīng)過不同的工作區(qū)，其中最關(guān)鍵的是制梁區(qū)，其設(shè)計的科學(xué)性水平對制梁過程的順利與否起重要的影響。傳統(tǒng)的制梁區(qū)梁多采用露天設(shè)置，如果制梁區(qū)是露天作業(yè)，這意味著天氣對施工進(jìn)度有重大的影響，這樣的工作條件無法保證施工質(zhì)量，也不符合施工人員的職業(yè)健康保障要求。如遇惡劣天氣，將無法照常施工，同時也拖延了施工進(jìn)程。在制梁區(qū)上搭建車間，車間的高度及跨度應(yīng)滿足生產(chǎn)的需要，既減少了外界因素對施工的影響提高了生產(chǎn)效率，又保證了施工職業(yè)健康安全和人性化。并在車間的兩側(cè)各設(shè)置一個固定的預(yù)扎胎具鋼筋綁扎臺降低其綁扎的難度，提高了制梁的效率。

3 預(yù)制梁場優(yōu)化內(nèi)部布局后的對比分析

通過對預(yù)制梁場的內(nèi)部布局優(yōu)化后形成的工廠化流水作業(yè)，使預(yù)制梁在拆模以后就可進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護、張拉等后續(xù)的工作，大大縮短了預(yù)制梁臺座的等待時間，優(yōu)化布局后每榀箱梁占用臺座時間如圖3所示。

從圖3可以看出預(yù)制梁場在進(jìn)行內(nèi)部布局優(yōu)化后的制梁周期為141/24≈6天，其中制梁臺座占用等待時間為96/24=4天，臺座周轉(zhuǎn)的數(shù)量為4個。而傳統(tǒng)預(yù)制梁場的內(nèi)部布局卻無法做到“隨做隨走”，由上文圖1可以看出每榀箱梁占用臺座時間約為297/24≈13天，臺座周轉(zhuǎn)的數(shù)量則需要13個。相比之下以蒸汽養(yǎng)護為核心，移動式臺座為輔的內(nèi)部優(yōu)化結(jié)構(gòu)最大化地發(fā)揮蒸汽養(yǎng)護優(yōu)勢，使整個制梁周期縮短了約54%，較大程度上提高了周轉(zhuǎn)速度，加快了預(yù)制進(jìn)度。此外，因制梁臺座減少了9個，使得布局優(yōu)化后的預(yù)制梁場占地面積也隨之減少。

綜上所述，優(yōu)化后的布局方案在經(jīng)濟性和實用性方面明顯優(yōu)于傳統(tǒng)模式，通過兩方案的橫道圖對比及分析，體現(xiàn)了本研究的在實際應(yīng)用上具有可行性，對同類項目的布局設(shè)計上具有一定的參考意義。

4 分析及結(jié)論

對預(yù)制梁場內(nèi)部布局的優(yōu)化打破了傳統(tǒng)的機械式作業(yè)，優(yōu)化后工廠化的流水作業(yè)方式有著顯著的成本、質(zhì)量、進(jìn)度的優(yōu)勢：

圖3 優(yōu)化內(nèi)部布局后每榀箱梁占用臺座的時間

(1)質(zhì)量方面

采用車間式制梁區(qū)、蒸汽養(yǎng)護室較大程度降低了人為因素和外界環(huán)境因素的影響；預(yù)扎胎具降低工人鋼筋綁扎難度，提高了鋼筋位置的精確度；預(yù)制梁的預(yù)制與養(yǎng)護能在較好的環(huán)境下進(jìn)行，由此預(yù)制出來的梁片質(zhì)量有一定的提高。

(2)進(jìn)度方面

預(yù)制梁場布局的優(yōu)化使各功能區(qū)有序銜接、縮短了運輸路徑、減少搬運次數(shù)，減少了不必要的浪費。工廠化的流水作業(yè)大大減少了臺座等待的時間，制梁周期由13天減少到6天，提高了施工進(jìn)度，對于傳統(tǒng)預(yù)制梁施工進(jìn)度是一個質(zhì)的飛躍。

(3)成本方面

布局優(yōu)化后只需要4個臺座就可滿足工廠化的流水作業(yè)的需求，呈現(xiàn)出機械化、高效率、高保障的特點，盡管前期在設(shè)備方面需要一次性較大的投入，但在減輕施工人員工作強度，提高施工效率、推進(jìn)工程進(jìn)度等方面有明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的優(yōu)勢，從長遠(yuǎn)來看在4個臺座的流水作業(yè)下后期的投入明顯降低。在資源投入方面，布局優(yōu)化后臺座數(shù)量減少也就意味著占地面積的減少，占地面積減少了也就避免許多不必要的損耗及資源浪費，從而大大降低建設(shè)成本。

預(yù)制梁場布局優(yōu)化后的流水施工能夠顯著提高企業(yè)效益，施工工藝先進(jìn)、操作簡單、施工高效、監(jiān)督檢查便捷、節(jié)省人力，并且能夠較大程度地保障施工安全。但同時因預(yù)制梁的規(guī)格不同、預(yù)制方法不同，在移動式臺座的設(shè)計方面仍需要一個驗證和改進(jìn)的過程。